Tiểu luận : Bê tông đầm lăn

Tiểu luận: Bê tông đầm lăn Sinh viên: Mai Phú Lực Lớp: ĐCTV – ĐCCT K52 Đề tài: BÊ TÔNG ĐẦM LĂN I – GIỚI THIỆU CHUNG Bê tông đầm lăn là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương tự như bê tông thường. Khác với bê tông thường được đầm chặt bằng thiết bị rung đưa vào trong lòng khối đổ, bê tông đầm lăn được làm chặt bằng thiết bị rung lèn từ mặt ngoài. Loại bê tông này thích hợp cho các công trình bê tông khối tích lớn, hình dáng không phức tạp như đập, mặt đường. Việc đầm lèn bê tông cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất kết dính hơn so với bê tông thường nhờ vậy đối với một số đập và đường bê tông, thi công bằng công nghệ này nhanh hơn và rẻ hơn so với dùng công nghệ đổ bê tông truyền thống. Bê tông đầm lăn thường được áp dụng thích hợp cho thi công đập bê tông trọng lực và mặt đường, sân bãi. Bê tông đầm lăn áp dụng cho thi công đường giao thông so với công nghệ thi công thông thường có các ưu điểm như: phương pháp thi công không phức tạp, lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số sản phNm phụ hoặc phế thải công nghiệp giúp hạ giá thành vật liệu so với bê tông xi măng thông thường, tốc độ thi công nhanh.Bê tông đầm lăn đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng lực. Khối lượng bê tông được thi công càng lớn thì hiệu quả áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn càng cao. Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ bê tông đầm lăn thường đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đập bê tông thường và đập đất đắp bởi các lí do sau: - Thi công nhanh: So với đập bê tông thường, đập bê tông đầm lăn được thi công với tốc độ cao hơn do có thể dùng băng tải để vận chuyển bê tông, dùng máy ủi để san gạt, máy lu rung để đầm lèn và ít phải chờ khối đổ hạ nhiệt. So với đập đất đắp có cùng chiều cao, khối tích của đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn nên thi công nhanh hơn. Công trình đập càng cao, hiệu quả kinh tế của đập bê tông đầm lăn càng lớn so với đập đất đắp. - Giá thành hạ: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây dựng trên Thế giới, giá thành đập bê tông đầm lăn rẻ hơn so với đập bê tông thi công bằng công nghệ truyền thống từ 25% đến 40%. Việc hạ giá thành đạt được là do giảm được chi phí cốp pha, giảm chi phí cho công tác vận chuyển, đổ, đầm bê tông. - Giảm chi phí cho các kết cấu phụ trợ: So với đập đắp, chi phí làm cửa tràn của đập bê tông đầm lăn rẻ hơn (tương tự như đập bê tông thường). Đối với đập thuỷ điện được thiết kế có nhiều cửa nhận nước ở nhiều cao trình khác nhau thì phương án đập bê tông đầm lăn càng rẻ hơn so với phương án đập đắp. Hơn nữa khi làm đập bê tông đầm lăn, chiều dài của kênh xả nước ngắn hơn so với kênh xả nước của đập đắp và vì vậy giảm chi phí làm bản đáy và chi phí xử lí nền đập. Tiểu luận: Bê tông đầm lăn Sinh viên: Mai Phú Lực Lớp: ĐCTV – ĐCCT K52 - Giảm chi phí cho biện pháp thi công: Việc thi công đập bằng bê tông đầm lăn có thể giảm chi phí dẫn dòng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các rủi ro khi nước lũ tràn qua đê quai. Đối với đập bê tông đầm lăn, đường ống dẫn dòng ngắn hơn ống dẫn dòng của đập đắp. Hơn nữa thời gian thi công đập bê tông đầm lăn ngắn nên các ống dẫn dòng cho đập bê tông đầm lăn chỉ cần thiết kế để đáp ứng lưu lượng xả nước lớn nhất theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối với đập bê tông và đập đắp. Vì vậy đường kính cống dẫn dòng của đập bê tông đầm lăn nhỏ hơn và chiều cao đê quai cho đập bê tông đầm lăn cũng thấp hơn so với phương án đập bê tông thường và đập đắp. Tóm lại: Việc sử dụng bê tông áp dụng cho xây dựng so với công nghệ thi công thông thường có các ưu điểm sau: + Lượng dùng xi măng thấp, có thể sử dụng một số phế thải hoặc sản phNm phụ của các ngành công nghiệp khác giúp hạ giá thành vật liệu + Đạt cường độ cao ở thời gian đầu, sớm cho phép sử dụng + Phương pháp thi công không phức tạp + Tốc độ thi công nhanh giúp rút ngắn thời gian thi công và giảm chi phí sản xuất. - Từ khi ra đời cho đến nay, việc xây dựng đập bê tông đầm lăn đã và đang phát triển theo các hướng chính: + Bê tông đầm lăn nghèo chất kết dính (CKD) (hàm lượng CKD < 99kg/m3) + Bê tông đầm lăn có lượng CKD trung bình (hàm lượng CKD từ 100 đến 149 kg/m3); + Bê tông đầm lăn giàu CKD: (hàm lượng CKD > 150 kg/m3) được phát triển ở Anh. Việc thiết kế thành phần bê tông đầm lăn được cải tiến từ bê tông thường và việc thi công dựa vào công nghệ thi công đập đất đắp. II – VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Đối với bê tông đầm lăn cho đập khối lớn nên sử dụng xi măng có nhiệt thuỷ hoá thấp hơn so với nhiệt thuỷ hóa của xi măng pooclăng thông thường như các loại xi măng pu – giơ – lan và xi măng xỉ lò cao hay xi măng ít toả nhiệt. Đối với bê tông đầm lăn cho mặt đường có thể dùng các loại xi măng thông thường như các dạng xi măng dùng cho kết câu thông thường khác. - Cốt liệu: Đối với bê tông đầm lăn cho đập, có thể sử dụng cốt liệu có Dmax dưới 100mm – 150mm tuy có giảm giá thành vật liệu chế tạo bê tông nhưng lại đNy cao chi phí trộn và vận chuyển hỗn hợp bê tông. Tiểu luận: Bê tông đầm lăn Sinh viên: Mai Phú Lực Lớp: ĐCTV – ĐCCT K52 - Phụ gia khoáng: Phụ gia khoáng pu – giơ – lan là vật liệu silicat hoặc alumo – silicat mà bản thân nó có ít hoặc không có khả năng đóng rắn nhưng với sự có mặt của nước hoặc độ Nm nó có thể phản ứng với canxihydroxit để có thể đóng rắn. Pu – giơ – lan cho bê tông đầm lăn tiểu chuNn ASTM C6 618-97 hoặc TCN 105-97, TCVN 3735-82. - Phụ gia hoá học Các công trình bê tông đầm lăn sử dụng các loại phụ gia: Phụ gia dẻo hoá – giảm nước, giảm nước và thời gian đông kết và một số loại phụ gia cuốn khí. Trên thực tế, việc sử dụng phụ gia dẻo hoá và phụ gia dẻo hoá chậm đông kết làm tăng tính dễ thi công lu lèn và kéo dài thời gian thi công làm cho khả năng bám dính và độ chống thấm vùng tiếp giáp giữa các lớp bê tông được tăng cường. III – THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN - Quan điểm địa kỹ thuật: Theo quan điểm địa kỹ thuật coi hỗn hợp bê tông đầm lăn là hỗn hợp đất được gia cố xi măng, thành phần được chọn lựa quan hệ độ Nm và khối lượng thể tích. Đối với mỗi loại cốt liệu và hàm lượng chất kết dính, mục đích thiết kế là xác định độ Nm tối ưu để hỗn hợp có độ đặc chắc cao nhất bằng thí nghiệm lèn tương xứng với lèn thực thế tại hiện trường. Với phương pháp thiết kế dựa trên quan điểm này, các lỗ hổng giữa các hạt cốt liệu nói chung không được lấp đầy bởi hồ xi măng sau khi lèn. Có hai phương pháp thiết kế thành phần bê tông theo quan điểm Địa kỹ thuật là: Phương pháp bê tông đầm lăn nghèo và phương pháp đơn giản hoá đất. - Quan điểm bê tông: Với quan điểm bê tông, thành phần bê tông đầm lăn được lựa chọn dựa trên quan hệ giữa cường độ nén và một số tính chất khác. Quan điểm bê tông dựa trên khái niệm lượng hồ xi măng vừa đủ để lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu để hỗn hợp bê tông được lèn chặt tốt hơn, độ rỗng giữa các hạt nhỏ hơn. Các phương pháp thiết kế thành phần bê tông đầm lăn theo quan điểm bê tông: + Phương pháp dư hồ ( Cục khai hoang Mỹ ) + Phương pháp thiết kế bê tông đầm lăn theo USACE + Phương pháp CRD Nhật bản + Phương pháp thiết kế bê tông đầm lăn theo Viện bê tông Mỹ ACI.5R + Phương pháp RCCD Trung Quốc Tiểu luận: Bê tông đầm lăn Sinh viên: Mai Phú Lực Lớp: ĐCTV – ĐCCT K52 III – CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN - Thiết bị thi công Thiết bị thi công bê tông đầm lăn không phức tạp, các thiết bị chính để thi công bê tông đầm lăn theo công nghệ này hiện đều có ở Việt Nam. Thiết bị thi công bê tông đầm lăn nói chung cũng giống nhau khi thi công bê tông đầm lăn cho đập, đường và các dạng công trình bê tông khối lượng lớn không cốt thép khác. Tuy nhiên ở mỗi loại hình công nghệ đó đòi hỏi thêm những thiết bị thi công đặc chủng riêng. Các thiết bị cần thiết cho thi công đập bằng công nghệ bê tông đầm lăn gồm: Máy trộn cưỡng bức có khả năng trộn hỗn hợp bê tông khô sử dụng cốt liệu có đường kính lớn, băng tải hoặc các thiết bị tương đương để vận chuyển bê tông, xe tải tự đổ, máy san ủi, máy lu rung, máy nhồi thấm tạo khe co. Hệ thống phun nước cao áp làm sạch bề mặt bê tông mạch ngừng. Hệ thống phun nước bảo dưỡng. Thiết bị thi công đường, sân bãi: Máy trộn cưỡng bức, xe tải tự đổ, máy rải, xe lu rung, xe lu lốp, máy cắt bê tông. Có thể thấy rằng các thiết bị chính cho thi công bê tông bằng công nghệ bê tông đầm lăn đã có sẵn ở Việt Nam hoặc đề có thể chế tạo tại Việt Nam. Nếu phổ biến công nghệ bê tông đầm lăn ở Việt Nam thì có thể tận dụng được các thiết bị có sẵn ở trong nước, không tốn thêm chi phí đầu tư mua thiết bị thi công mới. Công nghệ thi công bê tông đầm lăn cho đập - Công nghệ và tổ chức thi công bê tông đầm lăn với bê tông khối lượng lớp thông thường là được tíên hành cùng lúc trên một diện rộng. Sau khi ngăn dòng và thi công xong phần nền móng đập thì tiến hành thi công lớp thềm chống xói bằng bê tông chịu lực. Bê tông tường thượng lưu được đổ bằng bê tông thường theo công nghệ cốp pha trượt hoặc leo có đặt các băng cách nước vào khe co dãn. Tường hạ lưu có thể là bê tông đổ tại chỗ giống như tường thượng lưu, cũng có thể được lắp ráp bằng các tấm hoặc khối bê tông đúc sẵn. Các khối lớp kết cấu tường này đóng vai trò cốp pha cho các lớp bê tông đầm lăn phía trong. Hỗn hợp bê tông sau khi được trộn từ các trạm trộn được vận chuyển đến nơi đổ bằng các phương tiện như xe chạy trên ray, băng tải xe ôtô tự đổ chuyên dụng. Hỗn hợp bê tông đầm lăn san gạt bằng xe ủi. Sau đó chúgn được đầm lèn bằng lu rung. Chiều dày từng lớp đổ được quyết định bằng năng lưc đổ, năng lực đầm của các thiết bị. Thông thường mỗi lớp bê tông được san dày khoảng 30 – 40cm. Để tăng tốc độ di chuyển, tại một số công trình các máy ủi san bê tông được cNu tháp của chuyển đến các vị trí cần Tiểu luận: Bê tông đầm lăn Sinh viên: Mai Phú Lực Lớp: ĐCTV – ĐCCT K52 thiết tránh làm hỏng bề mặt bê tông đã đầm. Thời gian từ khi bê tông bắt đầu được trộn cho tới khi đầm lèn xong không vượt quá thời gian bắt đầu đóng rắn của bê tông. - Một số điểm cần lưu ý khi áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn cho xây dựng đập: Mặc dù công nghệ bê tông đầm lăn đã được khẳng định là công nghệ xây dựng tối ưu áp dụng cho đập trọng lực nhưng việc xây dựng đập bê tông đầm lăn chỉ thực sự phát huy được tính ưu việt và tạo ra sản phNm có chất lượng tương đương với đập bê tông thường khi khắc phục được những điểm yếu của loại hình công nghệ này: + Về chất lượng bám dính giữa các lớp Cường độ bám dính giữa các lớp đối với đập bê tông đầm lăn là điểm yếu nhất của bê tông đầm lăn. Vì vậy cường độ kéo bê tông tại vùng tiếp giáp giữa các lớp đổ là mối quan tâm lớn nhất khi thiết kế kết cấu đập bê tông đầm lăn . Do vậy cần phải có những thử nghiệm kỹ càng trên mô hình với các điều kiện về vật liệu, thiết bị và quy trình thi công thực tế để xác định các tính chất của bê tông tại vùng tiếp giáp giữa các lớp thi công và đảm bảo rằng các giá trị của các tính chất của bê tông không thấp hơn yêu cầu thiết kế. + Về vấn đề thấm Do bê tông đầm lăn được thi công thành những lớp nên các khe tiếp giáp giữa các lớp có thể là đường chính để nước thấm qua thân đập. Ngoài ra do sử dụng ít chất kết dính hơn so với bê tông thường nên bê tông đầm lăn có tính chống thấm kém hơn so với bê tông thường cùng mác. Vì vậy cần nghiên cứu kỹ các giải pháp cấu tạo chống thấm, thành phần vật liệu và quy trình thi công thích hợp để đảm bảo khả năng chống thấm cho đập. + Về chất lượng thi công: Sự phân ly hỗn hợp bê tông là một trong những vẫn đề bất lợi nhất có thể xảy ra trong quá trình sản xuất và đổ bê tông đầm lăn. Do đặc thù thi công trên diện rộng với khối lượng lớn nên việc kiểm soát sự đồng nhất về thành phần và tính công tác của hỗn hợp bê tông đầm lăn khó hơn so với bê tông thường. Điều này sẽ dẫn đến chất lượng của bê tông đầm lăn sẽ dao động lớn. Công nghệ thi công bê tông đầm lăn cho đường Tiểu luận: Bê tông đầm lăn Sinh viên: Mai Phú Lực Lớp: ĐCTV – ĐCCT K52 Hỗn hợp bê tông đầm lăn sau khi được trộn đạt được trộn đạt được tính công tác cần thiết với độ cứng trên thiết bị Vebe cải tiến từ 20 – 50s được chuyển đến hiện trường bằng xe tự đổ. Sau đó hỗn hợp bê tông được rải bằng máy vải với chiều rộng và chày dày theo thiết kế. Sau khi rải, thay vì được đầm chặt bằng thiết bị đầm duùi như bê tông thường, bê tông đầm lăn được làm chặt từ mặt ngoài bằng xe lu với tải trọng lèn và thời gian lèn thích hợp. Sau khi kết thúc quá trình làm chặt, bề mặt bê tông được hoàn thiện bằng xe lu lốp. Sau một ngày tiến hành cắt khr co theo thiết kế để chốgn nứt cho bê tông. IV - TRIỂN VỌNG ÁP DỤNG BÊ TÔNG ĐẦM LĂN Ở VIỆT NAM Trong một vài năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đã có những bước phát triển đáng kể nhờ có chính sánh mở cửa của Nhà nước. Nhiều công trình lớn đang được xây dựng để phát triển cơ sở hạ tầng như các công trình giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện. Các dự án bê tông hoá đường nông thôn cần hàng ngàn km đường cần trải mặt. Các công trình đập thủy công. Vì các công trình này đều đòi hỏi thời gian thi công ngắn, năng suất thi công lớn hơn nhiều so với trước đây nên giải pháp xây dựng đập dâng bằng bê tông trọng lực thi công bằng công nghệ đầm lăn đã được đề nghị lựa chọn. Tên đập Năm khởi công Hồ chứa, 106m 3 V BTĐL m3 Hm ax m Tên đập Năm khởi công Hồ chứa, 106m 3 V BTĐL m3 Hm ax m Pleikrong 2003 1050 450 85 Đồng Nai 4 2004 340 1400 129 Bản Vẽ 2004 1800 1200 135 Sông Tranh 2006 730 - 96 AVương 2003 340 - 80 Định Bình 2005 - 432 80 Sê San 4 2004 265 - 74 Sơn La 2005 9260 3100 138 Đồng Nai 3 2004 1420 - 108 Bản Chát - 2137 130 Một số công trình ở nước ta sử dụng công nghệ bê tông đầm lăn - Tiềm năng về nguyên vật liệu và thiết bị thi công dùng cho công nghệ bê tông đầm lăn ở Việt Nam + Tiềm năng về nguyên vật liệu Thông thường bê tông cho lõi đập trọng lực thường được thiết kế với mác thấp (khoảng 15-20MPa) nên lượng dùng xi măng thấp và vì vậy nếu không sử dụng thêm các phụ gia khoáng mịn, hàm lượng hồ chất kết dính sẽ quá thấp dẫn tới bê tông kém lưu động và không có độ đặc chắc cao, giảm tính chống thấm, chống xâm thực và giảm độ bền lâu của bê tông. Việc sử dụng các phụ gia khoáng mịn cho bê tông khối lớn ngoài việc giảm nhiệt sinh ra do CKD thuỷ Tiểu luận: Bê tông đầm lăn Sinh viên: Mai Phú Lực Lớp: ĐCTV – ĐCCT K52 hoá còn có tác dụng giảm giá thành, cải thiện tính công tác của hỗn hợp bê tông. Từ trước tới nay, phụ gia khoáng đã được sử dụng phổ biến cho các công trình bê tông khối lớn thi công theo công nghệ bê tông thường với mục đích giảm nhiệt thuỷ hoá, hạ giá thành bê tông như các đập thuỷ lợi (Đập sông Lòng Sông, đập Bái Thượng...) và đập thuỷ điện (Sê San 3). Thực tế cho thấy các loại phụ gia khoáng đã sử dụng cho các công trình nói trên đều mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật tốt. Ở nước ta hiện có nhiều nguồn phụ gia khoáng có thể sử dụng làm PGK cho bê tông đầm lăn gồm các nguồn nhân tạo như tro nhiệt điện (nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Ninh Bình, Uông Bí) và các loại pu giơ lan tự nhiên như pu giơ lan Sơn Tây, Đá si lic Hải Phòng, pu giơ lan Phong Mỹ - Thừa Thiên Huế, pu giơ lan Gia Lai, điatomit Kontum, pu giơ lan Bà Rịa-Vũng Tầu, điatomit Phú Yên... + Tiềm năng về thiết bị Thiết bị thi công bê tông đầm lăn không phức tạp, các thiết bị chính để thi công bê tông theo công nghệ này hiện đều có ở Việt Nam. Thiết bị chính để thi công bê tông đầm lăn cho đập và đường giống nhau. Tuy nhiên ở mỗi loại hình công nghệ đòi hỏi thêm những thiết bị thi công đặc chủng riêng. Các thiết bị chính cho thi công đập bằng công nghệ bê tông đầm lăn gồm: Máy trộn cưỡng bức có khả năng trộn hỗn hợp bê tông khô sử dụng cốt liệu có đường kính lớn; băng tải hoặc các thiết bị tương đương để vận chuyển bê tông; xe tải tự đổ; máy san ủi; máy lu rung; máy tạo khe co; máy đánh xờm; hệ thống phun nước cao áp làm sạch bề mặt bê tông mạch ngừng, hệ thống phun nước bảo dưỡng bê tông. Thiết bị cho thi công đường, sân bãi: Máy trộn cưỡng bức; xe tải tự đổ; máy rải (asphalt); xe lu rung; xe lu lốp; mắy cắt bê tông. Có thể thấy rằng các thiết bị chính cho thi công bê tông bằng công nghệ bê tông đầm lăn đã có sẵn ở Việt Nam hoặc có thể chế tạo một phần tại Việt Nam. Nếu phổ biến công nghệ bê tông đầm lăn ở Việt Nam thì có thể tận dụng được các thiết bị có sẵn ở trong nước. - Hiệu quả áp dụng bê tông đầm lăn ở Việt Nam + Về kinh tế: Hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi công bê tông đầm lăn đem lại là rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa công trình vào khai thác sử dụng, ngoài ra đối với xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ điện, công nghệ này cho phép giảm giá thành vật liệu đáng kể tức giảm tổng vốn đầu tư. Tiểu luận: Bê tông đầm lăn Sinh viên: Mai Phú Lực Lớp: ĐCTV – ĐCCT K52 + Về kỹ thuật: Khi áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn cho xây dựng các công trình khối lớn cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm được lượng dùng xi măng vì vậy giảm được nguy cơ nứt khối do ứng suất nhiệt. Đối với xây dựng mặt đường, sân bãi, việc sử dụng bê tông đầm lăn có thể rút ngắn thời gian đưa công trình vào sử dụng nhanh gấp hai lần so với bê tông thường. + Về môi trường: Nhờ việc giảm lượng dùng xi măng trong bê tông đầm lăn và có thể thay thế một phần xi măng phụ gai khoáng giúp mức tiêu hao năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường cho ngành công nghiệp sản xuất xi măng gây nên. Hơn nữa, việc có thể tận dụng phế thải tro than, cho phép giải quyết xử lý phế thải công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường. V - KẾT LUẬN Công nghệ bê tông đầm lăn đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng hiệu quả cho các công trình xây dựng. Bê tông đầm lăn có triển vọng lớn áp dụng cho các công trình tương tự ở Việt Nam. Để đảm bảo xây dựng các công trình bê tông đầm lăn có chất lượng tương đương với các công trình bê tông thường cần chú ý những điểm yếu của loại hình công nghệ này. Trước khi áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn phải nghiên cứu vật liệu, thử nghiệm công nghệ và xây dựng qui trình thi công, kiểm tra nghiệm thu bê tông đầm lăn gắn với đặc điểm của từng công trình cụ thể. THE END